1950 년대에 핀란드 생물 학자 인 Björn Kurtén은 그가 공부하고있는 화석화 된 말에서 특이한 것을 발견했습니다. 그가 몇 세대 만 분리 된 종의 뼈 모양을 비교했을 때, 그는 작지만 중대한 변화를 많이 감지 할 수있었습니다. 그러나 수백만 년으로 분리 된 말 종은 형태에서 훨씬 적은 차이를 보여 주었다. 다음 반세기 동안의 후속 연구는 비슷한 효과를 발견했습니다. 생물 학자들이 짧은 시간에 걸쳐 그것을 추적했을 때 유기체는 더 빨리 진화하는 것으로 나타났습니다.
그런 다음 2000 년대 중반 시드니 대학의 진화 생물 학자 인 Simon Ho는 그가 분석하는 게놈에서 비슷한 현상을 만났습니다. 그는 불과 몇 천년에 걸쳐 조류와 영장류에 DNA 돌연변이가 얼마나 빨리 축적되었는지 계산했을 때, Ho는 게놈이 작은 돌연변이로 가득 찬 것을 발견했습니다. 이것은 활발하게 진화하는 진화 시계를 나타 냈습니다. 그러나 그가 확대하고 수백만 년에 분리 된 DNA 서열을 비교했을 때, 그는 매우 다른 것을 발견했습니다. 진화 시계는 크롤링 속도가 느려졌습니다.
그의 결과에 당황한 호는 무슨 일이 일어나고 있는지 알아 내려고 노력했다. 그는 커트 닌의 1959 년 작품을 우연히 발견했으며, 신체적 변화의 비율의 차이가 유전자 서열에도 나타났다는 것을 깨달았다.
진화론 생물 학자로서의 본능은 그에게 단기적으로보고있는 돌연변이 속도가 올바른 것이라고 말했다. 게놈은 소수의 위치에서만 다양했으며, 각 변화는 흰 벽에 페인트가 튀는 것만 큼 명백했습니다.
그러나 더 많은 페인트가 벽에 나타나면 새로운 레이어 아래의 원래 색상 중 일부를 점차적으로 숨길 것입니다. 마찬가지로, 진화와 자연 선택은 짧은 시간에 걸쳐 나타나는 초기 돌연변이에 걸쳐 씁니다. 수백만 년에 걸쳐 DNA의 A는 T가 될 수 있지만, 중간에는 한동안 C 또는 A g 일 수 있습니다. Ho는이 돌연변이 포화가 시간 의존 속도 현상이라고 부르는 주요 원인이라고 생각합니다.
"주식 시장처럼 생각한다"고 말했다. Standard &Poor 's 500 지수의 시간별 또는 일일 변동을 보면 이런 식으로 스윙하는 것이 매우 불안정 해 보일 것입니다. 그러나 확대되면 매일 교대 근무가 평균화되기 시작하면서 시장이 훨씬 더 안정적으로 보입니다. 같은 방식으로, 자연 선택의 힘은 시간이 지남에 따라 덜 유리하고 더 해로운 돌연변이를 제거했습니다.
게놈에서 시간 의존 속도 현상에 대한 Ho의 발견은 생물 학자들에게 큰 영향을 미쳤다. 그것은 인생의 사가를 읽을 때 책갈피로 사용한 많은 날짜 (진핵 생물과 원핵 생물 사이의 첫 번째 분열에서 2014 년 에볼라 바이러스의 재발에 이르기까지 모든 것이 잘못 될 수 있음을 의미했습니다. “이 일이 나왔을 때 모두가‘오. 캔버라 호주 국립 대학교의 진화 생물 학자 인 Rob Lanfear가 말했다.
시간에 따른 속도 현상은 처음에는 완전히 인정되지 않았습니다. 우선, 생물 학자들이 머리를 감싸는 데 시간이 필요하다는 것은 크고 결과적인 개념입니다. 그러나 더 큰 걸림돌이 있습니다. 개념은 사용하기가 불가능했습니다. 생물 학자들은 진화 역사 과정에서 일어난 일에 대한 추정치를 얼마나 많이 바꿔야하는지 정확히 정량화 할 수 없었습니다. 시간이 지남에 따라 진화 속도의 변화를 계산하는 구체적인 방법이 없다면 과학자들은 날짜를 비교할 수 없었습니다.
최근 옥스포드 대학교의 고생물학자인 Aris Katzourakis는 시간에 따른 속도 현상을 취해 바이러스의 진화에 적용했습니다. 그렇게함으로써, 그는 첫 번째 동물들이 바다에서 Terra Firma로 이동하기 훨씬 전에 특정 부류의 레트로 바이러스의 기원을 약 50 억 년 전으로 밀어 넣었을뿐만 아니라 시간에 따른 속도 현상을 설명하는 데 사용할 수있는 수학적 모델을 개발하여 생물 학자들에게 진화론 적 사건에 훨씬 더 정확한 날짜를 제공했습니다.
다른 과학자들은 전망에 흥분합니다. 멜버른 대학교의 계산 진화 생물 학자 인 세바스티안 듀 친 (Sebastián Duchêne)은“아인슈타인의 상대성 이론과 같지만 바이러스에 대한 것”이라고 말했다. 시간 의존 속도 현상에 따르면 유기체의 진화 속도는 관찰자가보고있는 시간 프레임에 달려 있다고합니다. 그리고 상대성과 마찬가지로, 연구자들은 이제 얼마나 많은지 계산할 수 있습니다.
바이러스 화석 사냥
Katzourakis는 RNA의 단일 문자열로 만들어진 HIV와 다른 소위 "레트로 바이러스"의 기원을 고정하려고 경력을 쌓았습니다.
그는 HIV의 돌연변이 속도를 보았을 때 그것이 연구 된 가장 빠르게 진화하는 바이러스 중 하나라는 것을 알았습니다. 빠른 돌연변이 속도는 의미가 있습니다. DNA와 같은 이중 가닥 분자에는 복제 중에 발생한 오류를 교정 할 수있는 분자 교정기가 있지만 HIV 및 기타 단일 가닥 RNA 바이러스는 그렇지 않습니다. 철자 오류는 철자 오류 위에서 발생합니다.
이로 인해 바이러스 학자들은 이와 같은 바이러스의 최근 역사 만 직접 연구 할 수 있습니다. 오래된 샘플은 돌연변이 포화에 도달했으며, 많은 철자 오류가 너무 많아 과학자들이 그들 모두를 설명 할 수 없습니다. 레트로 바이러스의 역사를 수천 ~ 수백만 년으로 거슬러 올라가는 돌연변이 속도를 측정하는 다른 방법이 필요합니다.
Katzourakis는 다른 기술로 바뀌 었습니다. 그는 숙주의 DNA 내부에서 바이러스 화석과 비슷한 것을 찾았습니다. 레트로 바이러스는 종종 유전자 물질의 사본을 숙주 세포에 삽입합니다. 대부분의 경우 정보는 호스트와 함께 죽습니다. 그러나 드문 경우에, 레트로 바이러스는 진화론 적 잭팟을 때리고 정자 또는 계란 세포의 게놈 내부에서 미끄러 져 들어갑니다. 호스트의 DNA에 단단히 자리 잡은 바이러스는 세대를 통해 전달됩니다.
Katzourakis는이 바이러스 성 유물을 사용하여 고대의 레트로 바이러스 기원을 연구했습니다. 그러나 그가 그렇게했을 때, 그는 큰 놀라움을 얻었습니다. 장기간에 걸쳐 이러한 레트로 바이러스의 진화 속도는 인간과 다른 복잡한 삶의 거의 일치하는 것, 즉 교정기 기계를 가지고있어 훨씬 느린 속도로 변해야하는 유기체와 거의 일치하는 것처럼 보였다.
바이러스가 과학자들이 생각한 것보다 훨씬 느리게 진화한다면 바이러스가 예상보다 훨씬 오래되었음을 암시 할 수 있습니다. 결국, 천천히 진화하는 바이러스는 빠르게 진화하는 바이러스와 같은 양으로 변화하는 데 더 많은 시간이 필요합니다.
그래서 그는 레트로 바이러스의 기원에 대한 정확한 날짜를 찾기 시작했습니다. 이를 위해, 그는 원숭이에서 젖소에 이르기까지 모든 것을 감염시키는 소위 거품 바이러스 인 가장 오래된 레트로 바이러스 그룹으로 향했습니다. 이러한 무차별은 Katzourakis가 그의 진화 시계를 교정하여 거품 바이러스가 나타 났을 때 정확하게 결정할 수있게 해주었다. 두 종이 거품 바이러스 서열을 공유 한 경우, 두 종이 분기되기 전에 바이러스가 공통 조상을 감염시켜야합니다.
Katzourakis는“이것은 우리에게 시퀀스 자체와 무관 한 깊은 진화 역사에서 사건을 수행하는 방법을 제공합니다.
전 세계 실험실의 연구원들은 거품 바이러스의 기원 날짜를 1 억년 전에 천천히 밀어 넣었습니다. 그러나 Katzourakis는 바이러스가 파충류, 양서류 및 심지어 물고기가 1 억년 전에 훨씬 일찍 감염되었다고 힌트를 발견했습니다. 그러나 레트로 바이러스가 1 억년의 수용된 날짜보다 오래되었음을 결정적으로 보여주기 위해 Katzourakis는 바이러스 자체와 데이트해야합니다.
그는 시간에 따른 속도 현상에 대한 호의 논문에 뛰어 들었고,이를 바이러스에 적용하는 방법을 알아 내기를 희망했다. 그는 또한 연구원들이 관찰중인 타임 스케일을 입력하고 유기체의 진화율에 대한 세부 정보를 얻을 수있는 일반적인 모델을 만들고 싶었습니다.
Katzourakis와 그의 학생 인 Pakorn Aiewsakun은 타임 스케일을 기준으로 진화 속도가 얼마나 빨리 변하는지를 정량화하기 위해 네 가지 방법을 시도했습니다. 그들은 전력법 요금-디케이 모델이 데이터에 가장 적합하다는 것을 발견했으며 시간 규모가 증가함에 따라 진화율이 기하 급수적으로 감소한다는 것을 보여 주었다. 396 개의 상이한 바이러스에 대한 후속 연구에 따르면 진화 속도는 거의 모든 게놈 유형 및 복제 전략에 걸쳐 동일한 속도로 느려집니다. 시간 의존 속도 현상을 설명하지 못하는 기존의 진화 시계는 고대 바이러스가 실제로보다 훨씬 젊다 고 부정확하게 데이트합니다.
Katzourakis와 Aiewsakun은 새로 개발 된 수학적 프레임 워크를 사용하여 거품 바이러스의 출현을 다시 계산했습니다. 새로 개발 된 모델을 사용하여 과학자들은 1 월에 발표 된 논문에서 거품 바이러스가 460 ~ 5 억 5 천만 년 전에 나타 났음을 보여주었습니다. 아리조나 대학 바이러스 학자 Michael Worobey의 독립적 인 작업, virus Evolution 에 출판되었습니다. 거의 동시에, 이러한 바이러스는 예상보다 초기에 시작되었다고 제안했다. Katzourakis는 다른 바이러스 그룹이 훨씬 더 오래 될 수 있다고 믿지만,이 연구는 알려진 바이러스 그룹의 가장 오래된 날짜를 확립했습니다.
.그 결과는 가장 오래된 바이러스에 대한 트로피를 얻는 것 이상의 영향을 미칩니다. 거품 바이러스에 대한 동일한 원산지 날짜에 대한 수렴은 시간 의존 속도 현상이 통계의 유물이 아니라 연구자들이 종을 데이트하기 위해 사용하는 방법이 아니라는 증거를 제공합니다. Katzourakis의 모델은 또한 연구원들에게 시간 의존 속도 현상의 영향을 정량화하는 도구를 제공하며, 이는이 현상을 유도하는 요인을 이해하는 데 중요합니다.
더 광범위하게, Katzourakis와 Ho의 작품은 꾸준히 진화하는 진화 시계에 대한 아이디어에 도전합니다. Duchêne은“이것은 우리가 분자 진화를 생각하는 방식을 변화시킵니다. “이것은 보편적 인 진화율이 없음을 보여줍니다. 같은 유기체조차도 시간이 지남에 따라 다른 속도를 가지고 있습니다.”
또한 과학자들은 깊은 과거에 진화론 적 사건의 날짜를 수정해야 할 수도 있음을 의미한다고 Katzourakis는 말했다. 그는 자연 선택 및 돌연변이 포화에 의한 돌연변이의 가지 치기가 시간 의존 속도 현상에 유일한 기여자인지 또는 다른 요인이 현상이 어떻게 그리고 왜 나타나는지에 중요한 역할을하는지 이해하려고 노력하고 있습니다.
“도구의 한계입니까, 아니면 간과 한 것이 있습니까? 우리 가이 과정을 이해할 수 있다면, 그것은 우리에게 큰 진화론 적 통찰력을 줄 것입니다.”라고 Katzourakis는 말했습니다.
